不同土質(zhì)原狀土在天然狀態(tài)下的密實特性研究

王慧鑫

（山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

1 概述

路基是道路工程的主要組成部分，其形式有路堤、路塹和填挖結(jié)合3 種，在進(jìn)行挖方段施工時，高挖方路段通常是將土方開挖至路基頂設(shè)計標(biāo)高，整平后直接碾壓，或?qū)⑼练介_挖至路基頂設(shè)計標(biāo)高后將土層挖松30 cm 后進(jìn)行碾壓；淺挖方路段或填挖結(jié)合部的挖方段則需將設(shè)計標(biāo)高以下路床范圍內(nèi)的土層挖除運走后，重新用原土或更換土質(zhì)較好的土分層回填碾壓至設(shè)計標(biāo)高，且各層壓實度需滿足規(guī)范要求，根據(jù)2014 版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，特重、極重交通挖方段0～1.2 m 范圍內(nèi)的上下路床均應(yīng)達(dá)到96%的壓實度標(biāo)準(zhǔn)[1]。

在某高速公路路基工程的施工過程中，項目管理方對高挖方路段設(shè)計標(biāo)高以下的原狀土在天然狀態(tài)下的自然固結(jié)壓實度存疑，認(rèn)為不一定能達(dá)到規(guī)范中大于等于96%的要求，且大于多少米為高挖方段也沒有相關(guān)文獻(xiàn)可以查詢，因此項目管理方要求檢測中心對原狀土在天然狀態(tài)下的自然固結(jié)壓實度進(jìn)行試驗。本次試驗共對19 個取土場11 種不同土質(zhì)的原狀土進(jìn)行了取樣、試驗及分析，可為高速公路路基施工技術(shù)人員提供參考。

2 原狀土壓實度試驗的開展

依托某在建高速公路項目，選取42 km 范圍內(nèi)的19 個取土場進(jìn)行原狀土壓實度試驗，從這些取土場中先取得代表性樣品進(jìn)行顆粒分析、液塑限試驗確定土的土質(zhì)，根據(jù)試驗結(jié)果，共分為11 種不同土質(zhì)，土質(zhì)情況匯總見表1。

表1 取土場土質(zhì)情況匯總表

選定取土場后，根據(jù)土類的最大粒徑不同在現(xiàn)場選用環(huán)刀法或灌砂法進(jìn)行土樣的密度試驗。該試驗經(jīng)過與項目管理方討論，試驗深度定為0～1.5 m，每50 cm 進(jìn)行試驗一次，檢測圖見圖1、圖2。

圖1 使用環(huán)刀法進(jìn)行檢測

圖2 使用灌砂法進(jìn)行檢測

現(xiàn)場檢測完成后，將各取土場不同深度的土使用鋁盒裝好并編號，取回室內(nèi)進(jìn)行烘干法含水率試驗，另在此區(qū)域取代表性的土樣，進(jìn)行室內(nèi)重型擊實試驗，確定該土樣的最大干密度。

3 試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析

通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，同時結(jié)合室內(nèi)擊實試驗中得到的最佳含水率下的最大干密度，得到了不同取土場不同深度的原狀土自然固結(jié)密度及壓實度數(shù)據(jù)。

表2 不同取土場原狀土試驗數(shù)據(jù)匯總表

通過表2 可看出，不同土質(zhì)的土隨著深度的增加干密度也逐漸變大，但不同土質(zhì)增加的程度不同，相比較原地面，1.5 m 深處的土的干密度增加0.02～0.52 g/cm3。為對不同土質(zhì)在不同深度的壓實度進(jìn)行比較，將表2 的數(shù)據(jù)按不同深度畫折線圖（圖3），其中相同土質(zhì)的壓實度取平均值。

圖3 不同土質(zhì)不同深度的壓實度變化折線圖

從圖3 中可以直觀地看出，原狀土壓實度較大的土質(zhì)是含砂低液限黏土和含礫低液限黏土，這2 種土在0～1.5 m 處的壓實度位于90.8%～99.0%之間；原狀土壓實度較小的土質(zhì)是黏土質(zhì)砂，在0～1.5 m 處的壓實度位于65.1%～81.5%之間。原狀土壓實度1.5 m 比0 m 處變化最大的土質(zhì)是黏土質(zhì)砂，增加16.4%；變化最小的土質(zhì)是高液限粉土，增加3.6%。因不同土質(zhì)的土隨深度的加深，原狀土壓實度也在增加，為得出不同土質(zhì)的原狀土壓實度大于96%時的最小深度，將數(shù)據(jù)用Excel 進(jìn)行線性或二項式回歸分析，然后求解計算出壓實度大于96%時最小深度。這11 種不同土質(zhì)的回歸公式R2均大于0.9，相關(guān)性良好。

由表3 中數(shù)據(jù)可以看出，不同土質(zhì)的原狀土壓實度大于96%的最小深度處于0.46～6.42 m 之間，其中最小的土質(zhì)是含礫低液限黏土，0.46 m 以下原狀土層的天然壓實度即可達(dá)到96%，其他土質(zhì)的最小深度為1.18～6.42 m。這個最小深度即為不同土質(zhì)高挖方段與低挖方段的界限。

表3 不同土質(zhì)原狀土壓實度回歸分析匯總表

因此對于這11 種土質(zhì)的挖方段，為了施工方便，可將開挖高度大于7 m 的按照高挖方路段施工方法進(jìn)行施工，小于7 m 的挖方段則將0～1.2 m 范圍內(nèi)的土層全部挖除后重新分層回填碾壓。但考慮到原狀土經(jīng)過長期的自然固結(jié)，沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定，需盡量保持其原有狀態(tài)時，也可根據(jù)不同土質(zhì)確定的高挖方段和淺挖方段界限進(jìn)行更精細(xì)的劃分，即挖方高度大于該土質(zhì)最小開挖深度時按高挖方段施工方法來施工，否則，按淺挖方段施工方法進(jìn)行施工。且按淺挖方段施工時，上下路床0～1.2 m 范圍內(nèi)的土層不一定需要全部挖除，挖除深度可為該土質(zhì)的最小開挖深度減去開挖到設(shè)計標(biāo)高時的已開挖高度，該深度最多取1.2 m。

4 結(jié)語

本文通過大量的試驗檢測工作，對11 種不同土質(zhì)在天然狀態(tài)下自然固結(jié)的壓實度進(jìn)行了檢測分析，得出了不同土質(zhì)原狀土壓實度隨深度的變化規(guī)律。并通過回歸分析，得出了不同土質(zhì)原狀土壓實度大于96%的最小深度，解決了項目管理方對原狀土壓實度的疑惑，明確了11 種不同土質(zhì)高挖方段與淺挖方段的界限，可為路基挖方段的施工決策提供一定的參考。